Ci sono così tanti linguaggi di programmazione là fuori che abbiamo bisogno di una sorta di classificazione per loro. Naturalmente, la comunità tecnologica ha molte classificazioni per loro, ma una delle più utilizzate riguarda i paradigmi di programmazione.
Un paradigma di programmazione è fondamentalmente un modo per classificare i linguaggi in base alle loro caratteristiche. Pertanto, alcuni paradigmi si concentrano sulle implicazioni dei loro modelli di esecuzione, mentre altri riguardano maggiormente le organizzazioni del codice o gli stili di sintassi e grammatica.
Esistono diversi paradigmi di programmazione, ma probabilmente il più noto è la programmazione orientata agli oggetti. L'OOP è così popolare che anche le persone che hanno una relazione molto tangenziale con il mondo della programmazione ne hanno sicuramente sentito parlare.
Il motivo di quella popolarità? OOP ha una modularizzazione per una risoluzione dei problemi più semplice, consente il riutilizzo del codice tramite l'ereditarietà, vanta flessibilità attraverso il polimorfismo ed è ottimo per la risoluzione dei problemi. Alcuni dei più grandi linguaggi del mondo supportano la programmazione orientata agli oggetti, inclusi Java, C++, Python e JavaScript.
Tuttavia, l'OOP non è la soluzione migliore per ogni problema di sviluppo. È proprio qui che entra in gioco la programmazione funzionale.
La programmazione funzionale è un paradigma attraverso il quale gli sviluppatori scrivono programmi utilizzando una combinazione di funzioni pure, sviluppate in modo tale da non avere effetti collaterali (ne parleremo più avanti).
Se la parola "funzioni" ti ricorda la matematica, è perché la programmazione funzionale si è evoluta dal lambda calcolo, un sistema formale per esprimere calcoli basati sull'astrazione delle funzioni.
Vale la pena notare che la programmazione funzionale fa parte di una categoria di programmazione più ampia chiamata "programmazione dichiarativa" (opposto alla "programmazione imperativa", che è il paradigma più ampiamente supportato nella programmazione).
Secondo tale classificazione, la programmazione funzionale è dichiarativa perché utilizza funzioni matematiche a cui non interessa il modo in cui il linguaggio o il programma esegue l'attività. Tuttavia, è importante ricordare che le lingue più popolari sono spesso multi-paradigma. I pochi linguaggi funzionali specializzati includono Haskell, Scala e Ocaml.
Per capire veramente cosa sia la programmazione funzionale, è importante definire alcuni dei suoi concetti chiave. Abbiamo già menzionato le funzioni pure, ma dobbiamo anche tuffarci in termini come "ricorsione" e "immutabilità" per cogliere completamente ciò che la programmazione funzionale può fornirti.
I programmi funzionali non usano una funzione qualsiasi, ma piuttosto funzioni pure. Una funzione matematica è considerata pura se soddisfa 2 criteri:
Le funzioni pure funzionano indipendentemente da tutto ciò che è al di fuori di esse, in particolare dagli stati. Ciò significa che non si basano su variabili esterne.
Poiché la programmazione funzionale utilizza funzioni pure (che non hanno effetti collaterali) non può utilizzare tecniche iterative popolari come i cicli for o while. Questo perché usarli significherebbe usare stati mutevoli, che sono effetti collaterali. Quindi, per eseguire compiti iterativi, i linguaggi funzionali usano la ricorsione.
Nella ricorsione, una funzione non ha bisogno di stati perché utilizza argomenti di sola lettura e valori restituiti di sola scrittura. Pertanto, la ricorsione ha una funzione che viene eseguita ripetutamente fino a raggiungere il suo caso base.
Nella programmazione funzionale, le funzioni di prima classe possono essere utilizzate come qualsiasi altro valore. In altre parole, puoi usare funzioni di prima classe per creare array di funzioni, usarle come argomenti per altre funzioni e persino memorizzarle in variabili per un uso successivo. Ciò è necessario per i programmi d'insieme nella programmazione funzionale.
Le funzioni di ordine superiore sono essenziali anche per la creazione di programmi nella programmazione funzionale. Queste funzioni sono strettamente correlate alle funzioni di prima classe, poiché entrambe consentono funzioni come argomenti e risultati di altre funzioni. Ma non sono la stessa cosa, perché le funzioni di ordine superiore prendono almeno una funzione di prima classe come parametro (o restituiscono una funzione di prima classe come risultato), mentre le funzioni di prima classe sono trattate come variabili o oggetti.
La programmazione funzionale si basa su oggetti immutabili per fare le cose. Un oggetto immutabile è uno il cui stato non può essere modificato dopo la sua creazione: rimarrà per sempre nello stato in cui lo hai costruito. La cosa importante di questo è che gli oggetti immutabili non generano effetti collaterali (cioè, non cambiano il loro stato nel tempo). Dato che non hanno effetti collaterali, sono perfetti per la programmazione funzionale.
L'immutabilità è fondamentale per la programmazione funzionale perché rende il codice semplice, testabile e pronto per i sistemi multithread. Questo perché gli oggetti non cambiano nel tempo, il che significa che puoi facilmente individuare quelli che causano bug o usarli in qualsiasi thread che ti piace senza doversi preoccupare di rompere altri thread.
Anche se la programmazione orientata agli oggetti è molto popolare, gli sviluppatori sanno che la programmazione funzionale può fornire loro vantaggi che nessun altro paradigma potrebbe dare loro. Alcuni dei più notevoli includono:
La programmazione funzionale è molto rigorosa nel suo funzionamento, il che si traduce in diversi vincoli che costringono gli sviluppatori a codificare in modi molto specifici. In altre parole, la programmazione funzionale spinge gli ingegneri ad adottare buone pratiche di programmazione, come utilizzare la modularità o costruire programmi con piccoli componenti.
Dato che la programmazione funzionale combina funzioni pure che sono componenti organizzati che funzionano tra loro, il codice finisce per essere abbastanza pulito. Tutto fa esattamente ciò che deve fare, il che, a sua volta, aiuta nell'organizzazione del codice.
Abbiamo menzionato la modularità come una best practice principalmente perché il codice modulare porta a piccole funzioni che possono essere riutilizzate più e più volte con la convinzione che non cambieranno il modo in cui funzionano o non saranno influenzate da cambiamenti in altre funzioni.
I programmi funzionali possono essere più robusti di altre applicazioni (principalmente da un punto di vista matematico). Questo perché le applicazioni funzionali non hanno tante parti mobili (come variabili mutabili e stati nascosti) come altre applicazioni. Ciò significa che le applicazioni funzionali sono meno complesse, il che le rende più efficienti.
Poiché i valori dei dati e delle funzioni sono immutabili, saprai sempre cosa è cosa e chi fa cosa nella programmazione funzionale. Ciò significa che puoi facilmente individuare il modulo responsabile di eventuali problemi che potresti incontrare durante il debug.
L'utilizzo delle funzioni consente di distribuirle su più core senza preoccuparsi dei programmi multithreading. Ciò può aiutarti a sfruttare la potenza di quei core, che, a loro volta, possono fornirti una maggiore efficienza computazionale per i tuoi programmi.
La cosa migliore della programmazione funzionale è che non devi abbandonare altri paradigmi di programmazione per godere di tutti questi vantaggi. Questo perché i principi funzionali sono presenti in molti linguaggi non funzionali, il che rende più facile godere di questi vantaggi. Certo, puoi sempre scegliere un linguaggio puramente funzionale per aumentare i benefici, ma, in pratica, è abbastanza inutile farlo.
Mentre i sostenitori della programmazione funzionale potrebbero farti credere che sia un paradigma impeccabile, la realtà è che ha alcuni problemi. Innanzitutto, la pura programmazione funzionale è molto difficile da trovare nella pratica, principalmente perché gli sviluppatori spesso devono ricorrere ad altri paradigmi per far sì che i loro programmi facciano ciò che vogliono. E poi, ci sono altri problemi, tra cui:
La programmazione funzionale è così artificiosa che gli sviluppatori devono camminare in punta di piedi quando la usano. Questo perché devono sempre aderire a rigorosi requisiti funzionali. Se non lo fanno, l'applicazione si interrompe e non funziona.
Sebbene la programmazione funzionale offra codice pulito e organizzato, funziona anche con un livello di astrazione così alto che potrebbe risultare molto difficile decifrare ciò che un codice funzionale sta effettivamente cercando di ottenere. Ciò è particolarmente vero per i progetti che si affidano troppo a librerie di programmazione funzionali e sintassi point-free.
Poiché la programmazione funzionale è così profondamente radicata nella matematica, può essere difficile per gli sviluppatori non iniziati avere una buona conoscenza delle sue convenzioni e pratiche. Inoltre, la programmazione funzionale implica una terminologia altamente specifica (come "funzioni pure" e "trasparenza referenziale") che richiede molto studio per essere pienamente compresa.
Costruire funzionalità specifiche attraverso funzioni pure può essere un compito facile una volta capito come farlo. Tuttavia, l'integrazione di funzioni pure in un'applicazione più ampia è sempre una sfida. Questo perché devi escogitare modi in cui queste funzioni pure (senza effetti collaterali) possono collaborare tra loro per ottenere il risultato desiderato (il che può essere molto complicato data la riluttanza dei programmi funzionali puri a lavorare con i componenti I/O).
I cicli while e for sono così popolari per un motivo: semplificano notevolmente le attività iterative. Ma poiché la programmazione funzionale non li usa, gli sviluppatori devono ricorrere alla pura ricorsione, cosa che molte persone non ritengono del tutto naturale.
Come accade con qualsiasi paradigma di programmazione, qualsiasi esperto ti dirà che puoi utilizzare la programmazione funzionale praticamente per tutto ciò che desideri. E questo è vero in una certa misura! In effetti, la programmazione funzionale è così rigorosa e i suoi programmi sono così robusti che chiunque lavori su un progetto con tolleranza zero per i bug dovrebbe usarlo. Probabilmente, tutti i progetti potrebbero beneficiare della migliore qualità possibile, ma l'utilizzo dell'approccio funzionale significa anche che il team di sviluppo impiega molto tempo per ottenere l'applicazione giusta.
Alla luce di quanto sopra, è importante scegliere i progetti giusti per utilizzare la programmazione funzionale. Data la mancanza di tolleranza per i bug, questo paradigma è perfetto per i sistemi per i quali un bug potrebbe portare conseguenze disastrose, come i sistemi di navigazione o le piattaforme finanziarie.
In generale, la programmazione funzionale è ottima per i progetti che rientrano in alcuni dei seguenti gruppi:
È importante dire un'ultima cosa sull'utilizzo della programmazione funzionale. Mentre puoi sicuramente affrontare la maggior parte dei progetti con essa, dovresti studiare la fattibilità di farlo (anche per le attività sopra menzionate). Come mai? Perché ci sono altri fattori che entrano in gioco quando si seleziona un paradigma di programmazione, tra cui infrastruttura, librerie e risorse, manutenzione e sviluppatori con conoscenza di detto paradigma.
Tutto sommato, la programmazione funzionale e i relativi linguaggi non sono altro che strumenti a tua disposizione che puoi utilizzare quando è più conveniente. Non devi scegliere l'uno rispetto all'altro, poiché progetti diversi richiedono soluzioni diverse. Non sai se la programmazione funzionale si applica al tuo progetto? Contatta Outsourcing Asia e lascia che i nostri esperti ti aiutino!
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